基于數(shù)值模擬的湖南界牌嶺礦山地下水研究與降水工程優(yōu)化策略一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今社會(huì)，礦產(chǎn)資源作為支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求持續(xù)攀升，促使礦山開采規(guī)模不斷擴(kuò)大、開采深度逐漸增加。在此過程中，地下水問題已成為礦山開采面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，對(duì)礦山的安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益以及周邊生態(tài)環(huán)境都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。礦山開采過程中，地下水的存在形式和活動(dòng)規(guī)律極為復(fù)雜。一方面，地下水可能大量涌入礦井，引發(fā)礦井突水事故。這種情況不僅會(huì)導(dǎo)致開采作業(yè)被迫中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能對(duì)井下作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)每年因礦井突水事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億美元，同時(shí)導(dǎo)致眾多人員傷亡。另一方面，不合理的礦山開采活動(dòng)可能破壞地下水的原有平衡，引發(fā)地面沉降、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。這些災(zāi)害不僅會(huì)損壞礦山周邊的建筑物、道路等基礎(chǔ)設(shè)施，還會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田毀壞、生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。例如，我國(guó)某些礦山地區(qū)由于長(zhǎng)期過度開采地下水，導(dǎo)致地面沉降嚴(yán)重，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了房屋開裂、道路塌陷等現(xiàn)象，給當(dāng)?shù)鼐用駧砹藰O大的困擾。此外，礦山開采過程中產(chǎn)生的廢水如果未經(jīng)有效處理直接排放，其中含有的大量重金屬離子和有害物質(zhì)會(huì)滲入地下，污染地下水，進(jìn)而對(duì)周邊地區(qū)的水資源和生態(tài)環(huán)境造成長(zhǎng)期的危害。被污染的地下水不僅無法滿足居民的生活用水需求，還會(huì)影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康。湖南界牌嶺礦山作為我國(guó)重要的金屬礦山之一，具有獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造和復(fù)雜的水文地質(zhì)條件。該礦山位于南嶺成礦帶瑤崗仙鎢錫鉛鋅多金屬礦田的西南部，礦體賦存于石炭系地層中，構(gòu)造發(fā)育，巖漿巖活動(dòng)強(qiáng)烈。其地下水系統(tǒng)受到多種因素的影響，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌以及大氣降水等，使得地下水的流動(dòng)和分布規(guī)律十分復(fù)雜。在界牌嶺礦山的開采過程中，地下水問題尤為突出。由于礦山開采深度的增加，礦井涌水量不斷增大，給礦山的排水系統(tǒng)帶來了巨大壓力，增加了開采成本。同時(shí)，地下水的活動(dòng)還導(dǎo)致了礦山部分區(qū)域出現(xiàn)了地面塌陷、井壁坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響了礦山的安全生產(chǎn)。此外，礦山開采過程中產(chǎn)生的廢水排放也對(duì)周邊地下水環(huán)境造成了一定程度的污染。因此，以湖南界牌嶺礦山為研究對(duì)象，開展礦山地下水?dāng)?shù)值模擬研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。通過數(shù)值模擬，可以深入了解該礦山地下水的流動(dòng)規(guī)律和分布特征，預(yù)測(cè)不同開采方案下地下水的變化趨勢(shì)，為礦山的合理開采和地下水防治提供科學(xué)依據(jù)。具體來說，本研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：保障礦山安全生產(chǎn)：通過數(shù)值模擬準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦井涌水量，為礦山排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)，有效預(yù)防礦井突水事故的發(fā)生，確保礦山開采過程的安全。降低開采成本：合理規(guī)劃開采方案，減少因地下水問題導(dǎo)致的額外排水成本和地質(zhì)災(zāi)害治理成本，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。保護(hù)生態(tài)環(huán)境：深入研究礦山開采對(duì)地下水環(huán)境的影響，制定科學(xué)的地下水污染防治措施，減少對(duì)周邊水資源和生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展。推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步：本研究采用的數(shù)值模擬方法和技術(shù)，可為其他類似礦山的地下水研究提供參考和借鑒，促進(jìn)整個(gè)礦山行業(yè)在地下水防治方面的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的飛速發(fā)展，礦山地下水?dāng)?shù)值模擬已成為研究礦山地下水問題的重要手段，在國(guó)內(nèi)外都取得了顯著的研究成果。國(guó)外對(duì)礦山地下水?dāng)?shù)值模擬的研究起步較早，在理論和實(shí)踐方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)60年代，隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，數(shù)值計(jì)算方法開始被引入地下水研究領(lǐng)域。早期主要采用有限差分法對(duì)簡(jiǎn)單的地下水流動(dòng)問題進(jìn)行模擬，如1960年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的McDonald和Harbaugh開發(fā)了第一個(gè)用于地下水模擬的有限差分程序。此后，有限單元法、邊界元法等數(shù)值方法也逐漸被應(yīng)用于礦山地下水模擬中，不斷推動(dòng)著模擬技術(shù)的發(fā)展。在軟件研發(fā)方面，國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出了一系列功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件。其中，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）開發(fā)的MODFLOW（ModularThree-DimensionalFinite-differenceGroundwaterFlowModel）是目前應(yīng)用最為廣泛的地下水模擬軟件之一。它采用有限差分法求解地下水流方程，具有模塊化、可視化、易于使用等特點(diǎn)，能夠處理復(fù)雜的地質(zhì)條件和邊界條件，廣泛應(yīng)用于各種地下水研究和工程實(shí)踐中。此外，加拿大Waterloo水文地質(zhì)公司的VisualGroundwater、VisualMODFLOW、VMOD3D-Explorer，以及美國(guó)楊伯翰大學(xué)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)陸軍水路試驗(yàn)站合作開發(fā)的GMS（TheDepartmentofDefenseGroundwaterModlingSystem）等軟件也在國(guó)際上得到了廣泛應(yīng)用。這些軟件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)地下水流動(dòng)的模擬，還能夠進(jìn)行溶質(zhì)運(yùn)移、地面沉降等多方面的模擬分析，為礦山地下水問題的研究提供了有力的工具。在研究?jī)?nèi)容上，國(guó)外學(xué)者不僅關(guān)注礦山地下水的流動(dòng)規(guī)律和水量預(yù)測(cè)，還深入研究了礦山開采對(duì)地下水環(huán)境的影響，包括地下水污染、生態(tài)環(huán)境破壞等方面。例如，通過數(shù)值模擬研究礦山開采過程中廢水排放對(duì)地下水水質(zhì)的影響，分析污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為制定合理的污染防治措施提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，國(guó)外學(xué)者也注重多學(xué)科交叉研究，將水文地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的理論和方法相結(jié)合，拓展了礦山地下水?dāng)?shù)值模擬的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。國(guó)內(nèi)對(duì)礦山地下水?dāng)?shù)值模擬的研究相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。20世紀(jì)70年代末至80年代初，國(guó)內(nèi)開始引進(jìn)和應(yīng)用國(guó)外的地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)，并逐漸開展相關(guān)的研究工作。早期主要集中在對(duì)一些簡(jiǎn)單礦山地下水系統(tǒng)的模擬研究，隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的不斷發(fā)展，以及對(duì)礦山地下水問題認(rèn)識(shí)的不斷深入，國(guó)內(nèi)的研究水平得到了顯著提高。在理論研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)數(shù)值模擬方法進(jìn)行了深入研究和改進(jìn)，提出了一些新的算法和模型。例如，在有限元方法的基礎(chǔ)上，發(fā)展了自適應(yīng)有限元法、混合有限元法等，提高了模擬的精度和效率；針對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件和邊界條件，提出了一些新的處理方法和技術(shù)，如非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)、多尺度模擬方法等，使數(shù)值模擬能夠更好地適應(yīng)實(shí)際問題的需要。在應(yīng)用研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者將礦山地下水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山涌水量預(yù)測(cè)、地下水防治方案優(yōu)化、礦山環(huán)境影響評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。例如，通過對(duì)礦山地下水系統(tǒng)的數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)不同開采方案下的礦井涌水量，為礦山排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)；模擬地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件，制定合理的地下水防治措施，減少礦山開采對(duì)地下水環(huán)境的影響；結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）技術(shù)，對(duì)礦山開采引起的地下水環(huán)境變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，為礦山的可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。盡管國(guó)內(nèi)外在礦山地下水?dāng)?shù)值模擬方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。一方面，礦山地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，地下水系統(tǒng)受到多種因素的影響，目前的數(shù)值模擬方法在準(zhǔn)確描述復(fù)雜地質(zhì)條件和多因素耦合作用方面還存在一定的困難，模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性有待進(jìn)一步提高。例如，對(duì)于一些具有復(fù)雜斷層、裂隙系統(tǒng)的礦山，現(xiàn)有的數(shù)值模型難以準(zhǔn)確刻畫地下水在這些介質(zhì)中的流動(dòng)特征，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。另一方面，礦山開采過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，隨著開采的進(jìn)行，地質(zhì)條件和邊界條件不斷發(fā)生改變，而目前的數(shù)值模擬大多是基于靜態(tài)模型進(jìn)行的，難以實(shí)時(shí)反映礦山開采過程中地下水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。此外，在數(shù)據(jù)獲取和處理方面，由于礦山現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的局限性和不確定性，以及數(shù)據(jù)處理和分析方法的不完善，也會(huì)對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，本文以湖南界牌嶺礦山降水工程為例，旨在通過深入研究礦山的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等，建立更加準(zhǔn)確合理的數(shù)值模型，充分考慮多因素耦合作用和開采過程的動(dòng)態(tài)變化，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，提高數(shù)值模擬的精度和可靠性，為礦山地下水防治和合理開采提供更為科學(xué)有效的依據(jù)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究以湖南界牌嶺礦山降水工程為核心，全面且深入地開展礦山地下水?dāng)?shù)值模擬研究，主要涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：礦山地質(zhì)與水文地質(zhì)條件分析：通過收集界牌嶺礦山已有的地質(zhì)勘查報(bào)告、鉆孔資料、水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，深入分析礦山的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、含水層與隔水層分布、地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件等。例如，詳細(xì)研究石炭系地層中不同巖性的透水性和富水性差異，以及斷裂構(gòu)造對(duì)地下水流動(dòng)的控制作用；分析大氣降水、地表水與地下水之間的水力聯(lián)系，明確地下水的主要補(bǔ)給來源和排泄途徑。數(shù)值模型構(gòu)建：依據(jù)所掌握的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，選擇合適的數(shù)值模擬軟件（如MODFLOW），構(gòu)建界牌嶺礦山地下水三維數(shù)值模型。對(duì)模型的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行合理劃分，確定邊界條件和初始條件。邊界條件包括定水頭邊界、隔水邊界等，根據(jù)礦山周邊的實(shí)際水文地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)定；初始條件則根據(jù)模擬起始時(shí)刻的地下水水位和水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值。同時(shí)，對(duì)模型中的水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行率定和優(yōu)化，如滲透系數(shù)、給水度、貯水系數(shù)等，以提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。礦山開采對(duì)地下水影響模擬：運(yùn)用構(gòu)建好的數(shù)值模型，模擬礦山不同開采方案下地下水水位、流場(chǎng)的變化情況，預(yù)測(cè)礦井涌水量的動(dòng)態(tài)變化。分析開采過程中地下水漏斗的形成和擴(kuò)展趨勢(shì)，以及對(duì)周邊含水層的影響范圍和程度。例如，模擬在不同開采深度和開采強(qiáng)度下，礦井涌水量的增長(zhǎng)規(guī)律，以及地下水水位下降對(duì)周邊地表水體和生態(tài)環(huán)境的影響。地下水污染模擬與預(yù)測(cè)：考慮礦山開采過程中可能產(chǎn)生的廢水排放、廢渣淋濾等情況，模擬污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化過程。預(yù)測(cè)污染物的擴(kuò)散范圍和濃度分布，評(píng)估對(duì)地下水水質(zhì)的污染風(fēng)險(xiǎn)。研究不同污染防控措施下，污染物的遷移路徑和濃度變化，為制定合理的地下水污染防治方案提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果驗(yàn)證與分析：將數(shù)值模擬結(jié)果與礦山現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，評(píng)估模型的模擬精度和可靠性。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行深入分析，探討地下水變化規(guī)律與礦山開采之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及不同因素對(duì)地下水系統(tǒng)的影響程度。例如，分析地質(zhì)構(gòu)造、開采強(qiáng)度、降水等因素對(duì)礦井涌水量和地下水水位變化的影響，為礦山的合理開采和地下水防治提供針對(duì)性的建議。1.3.2研究方法為確保研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，本研究綜合運(yùn)用了多種研究方法，具體如下：資料收集與分析：廣泛收集湖南界牌嶺礦山的地質(zhì)、水文地質(zhì)、開采現(xiàn)狀等相關(guān)資料，包括以往的勘查報(bào)告、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、研究成果等。對(duì)這些資料進(jìn)行系統(tǒng)整理和分析，全面了解礦山的地質(zhì)背景和水文地質(zhì)條件，為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與監(jiān)測(cè)：開展礦山現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，實(shí)地觀察礦山的地形地貌、地層露頭、地質(zhì)構(gòu)造等情況。同時(shí)，布置地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期監(jiān)測(cè)地下水水位、水質(zhì)、水溫等參數(shù)的變化，獲取第一手的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證和補(bǔ)充已有資料，為數(shù)值模型的構(gòu)建和驗(yàn)證提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬方法：采用國(guó)際上廣泛應(yīng)用的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件MODFLOW，該軟件基于有限差分法，能夠高效、準(zhǔn)確地模擬地下水流運(yùn)動(dòng)。利用MODFLOW軟件構(gòu)建界牌嶺礦山地下水三維數(shù)值模型，通過輸入地質(zhì)和水文地質(zhì)參數(shù)、邊界條件和初始條件，對(duì)礦山開采過程中的地下水動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。同時(shí)，結(jié)合MT3DMS等軟件，模擬污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化過程。敏感性分析：運(yùn)用敏感性分析方法，分析不同水文地質(zhì)參數(shù)和開采因素對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的影響程度。確定對(duì)地下水水位、礦井涌水量等關(guān)鍵指標(biāo)影響較大的參數(shù)和因素，為模型的優(yōu)化和參數(shù)的合理取值提供依據(jù)。例如，通過敏感性分析確定滲透系數(shù)、開采強(qiáng)度等因素對(duì)礦井涌水量的敏感程度，以便在實(shí)際開采中重點(diǎn)關(guān)注和控制這些因素。對(duì)比驗(yàn)證：將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史資料等進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)模型中存在的問題和不足，對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，確保模擬結(jié)果能夠真實(shí)反映礦山地下水的實(shí)際變化情況。二、界牌嶺礦山概況2.1地理位置與自然環(huán)境湖南界牌嶺礦山位于湖南省南部，地處南嶺山脈北麓，地理坐標(biāo)大致介于東經(jīng)112°30′-113°00′，北緯25°10′-25°40′之間。礦山北與衡山縣接壤，南臨桂陽縣，東接永興縣，西連嘉禾縣，周邊交通較為便利，為礦山的物資運(yùn)輸和人員往來提供了良好的條件。界牌嶺礦山所在區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫在17.6℃左右，最高氣溫可達(dá)38℃，最低氣溫約為0.5℃。年平均降雨量達(dá)1578.0mm，降雨主要集中在4-9月，這期間的降雨量約占全年降雨量的64.7%。其中，6-8月是暴雨及大暴雨的高發(fā)期，年均出現(xiàn)1-2次，日最大降雨量可達(dá)294.6mm。豐富的降水為地下水提供了重要的補(bǔ)給來源，使得該地區(qū)地下水較為豐富。大量的降雨通過地表入滲，補(bǔ)充到地下含水層中，增加了地下水的儲(chǔ)量。暴雨天氣可能會(huì)導(dǎo)致地下水位在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，增加礦山開采過程中發(fā)生涌水事故的風(fēng)險(xiǎn)。礦山地形以低山丘陵為主，地勢(shì)總體呈現(xiàn)南高北低的態(tài)勢(shì)。區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)為南部的界牌嶺，海拔約800m，最低點(diǎn)是北部的河谷地帶，海拔約200m，相對(duì)高差達(dá)600m。這種地形起伏對(duì)地下水的流動(dòng)產(chǎn)生了顯著影響。地形的高低差異形成了自然的水力坡度，使得地下水在重力作用下，總體由地勢(shì)較高的南部向地勢(shì)較低的北部流動(dòng)。地形的起伏還影響了地下水的埋藏深度，在地勢(shì)較高的區(qū)域，地下水埋藏較深，而在地勢(shì)較低的河谷地帶，地下水埋藏相對(duì)較淺。地形地貌也影響著地表水與地下水的水力聯(lián)系。在山區(qū)，地表水容易通過巖石的裂隙、溶蝕孔洞等快速下滲轉(zhuǎn)化為地下水；而在河谷等低洼地區(qū)，地下水則可能以泉水等形式出露地表，形成地表水，二者相互轉(zhuǎn)化、相互補(bǔ)充。礦山區(qū)域水系較為發(fā)育，礦區(qū)東西兩側(cè)各有一條小溪自南向北流淌，最終在礦區(qū)北部匯合形成良田溪，之后注入策江，最終流入東江湖。這些地表溪流與地下水之間存在著密切的水力聯(lián)系。一方面，地表水可以通過河床底部的滲透以及周邊巖石的裂隙，對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，尤其是在豐水期，地表徑流量大，補(bǔ)給作用更為明顯；另一方面，在枯水期，地下水則可能對(duì)地表水進(jìn)行反補(bǔ)給，維持溪流的基本流量。這種水力聯(lián)系使得礦山的水文地質(zhì)條件更為復(fù)雜，在礦山開采過程中，一旦破壞了這種水力平衡，可能會(huì)引發(fā)一系列的環(huán)境問題，如地表溪流干涸、地下水位下降等。2.2礦山開采歷史與現(xiàn)狀界牌嶺礦山的開采歷史較為悠久，可追溯至20世紀(jì)初期。早期，由于技術(shù)和設(shè)備的限制，主要采用露天開采方式，開采規(guī)模較小，主要開采淺部的螢石礦。在這一階段，礦山開采對(duì)地下水系統(tǒng)的影響相對(duì)較小，主要表現(xiàn)為局部區(qū)域地下水位的輕微下降，以及因礦石堆放和簡(jiǎn)易選礦導(dǎo)致的少量廢水排放，對(duì)周邊淺層地下水水質(zhì)產(chǎn)生了一定程度的污染，如水中的氟化物含量略有升高。隨著時(shí)間的推移，對(duì)礦產(chǎn)資源需求的增加以及開采技術(shù)的逐步進(jìn)步，20世紀(jì)中葉開始，礦山逐漸轉(zhuǎn)向地下開采，開采深度不斷增加，規(guī)模也逐漸擴(kuò)大。在這一時(shí)期，由于對(duì)水文地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不足，以及開采過程中缺乏有效的防治水措施，1980年，礦山在地下開采過程中遭遇了一次較大規(guī)模的涌水事故，導(dǎo)致部分巷道被淹沒，開采工作被迫中斷數(shù)月，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。此次事故后，礦山開始重視地下水防治工作，采取了一些簡(jiǎn)單的排水措施，如增加排水設(shè)備、建設(shè)臨時(shí)排水巷道等。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科技的飛速發(fā)展，礦山開采技術(shù)得到了顯著提升，開采范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，涵蓋了更多的礦體和區(qū)域。目前，界牌嶺礦山的開采范圍主要集中在礦區(qū)中部和南部，開采深度已達(dá)到-500m以下，涉及螢石、錫、銅等多種金屬礦產(chǎn)。在開采方式上，采用了較為先進(jìn)的分段崩落法和充填采礦法相結(jié)合的方式，以提高礦石回收率和保障礦山安全。在開采過程中，為了保證井下作業(yè)的安全，礦山建立了完善的排水系統(tǒng)，包括多個(gè)排水泵房和排水管道，總排水能力可達(dá)5萬立方米/天。然而，大規(guī)模的開采活動(dòng)仍對(duì)地下水系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響。持續(xù)的開采導(dǎo)致地下水位大幅下降，形成了以礦區(qū)為中心的地下水降落漏斗，漏斗范圍不斷擴(kuò)大，目前已影響到周邊半徑5km范圍內(nèi)的地下水水位。這不僅導(dǎo)致了礦區(qū)周邊部分泉水干涸，影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钣盟娃r(nóng)業(yè)灌溉，還使得地表植被因缺水而生長(zhǎng)受到抑制，生態(tài)環(huán)境遭到一定程度的破壞。開采過程中產(chǎn)生的大量廢水，雖然經(jīng)過了簡(jiǎn)單的處理，但仍含有一定量的重金屬離子和有害物質(zhì)，如鉛、鋅、氟化物等。這些廢水的排放對(duì)周邊地下水水質(zhì)造成了嚴(yán)重污染，經(jīng)檢測(cè)，周邊地下水中的重金屬含量遠(yuǎn)超國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康構(gòu)成了潛在威脅。礦山開采活動(dòng)還引發(fā)了地面塌陷、地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步破壞了地下水的徑流和排泄條件，加劇了地下水系統(tǒng)的失衡。2.3已有水文地質(zhì)研究基礎(chǔ)在過去的幾十年里，眾多學(xué)者和研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)界牌嶺礦山的水文地質(zhì)條件展開了一系列深入研究，取得了豐富的成果，為礦山的開采和地下水防治提供了重要的理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在早期的研究中，主要側(cè)重于對(duì)礦山地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性的基礎(chǔ)調(diào)查。通過地質(zhì)測(cè)繪、鉆探等手段，基本查明了礦山出露地層主要為石炭系下統(tǒng)石磴子組、測(cè)水組、梓門橋組、中上統(tǒng)壺天群和白堊系地層。其中，石磴子組巖性主要為白云巖、灰?guī)r，厚度達(dá)430m，是直接賦礦層位，同時(shí)也是重要的含水層，巖溶裂隙發(fā)育，富水性中等。測(cè)水組巖性以石英砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖為主，厚度120m，為相對(duì)隔水層。壺天群和梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，是礦區(qū)內(nèi)地下水的主要儲(chǔ)存和運(yùn)移空間。在地質(zhì)構(gòu)造方面，研究發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)存在近SN向和NW向兩組主要斷層。近SN向斷層如F1、F3、F4等，其中F4規(guī)模最大，長(zhǎng)度約3-4km，破碎帶寬50-70m，位于背斜軸部，斷層兩側(cè)裂隙發(fā)育，巖溶較發(fā)育，導(dǎo)水性強(qiáng)，對(duì)地下水的流動(dòng)和分布起到了重要的控制作用。NW向斷層如F201、F202、F401、F402等，雖規(guī)模較小，但破碎帶較發(fā)育，導(dǎo)水性能較好，可形成地下水滲流通道。這些斷層相互交錯(cuò)，構(gòu)成了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，極大地影響了地下水的賦存和運(yùn)移規(guī)律。隨著研究的深入，對(duì)礦山地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件也有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。學(xué)者們通過長(zhǎng)期的水文監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，確定了礦區(qū)地下水主要在南端接受大氣降水補(bǔ)給，大氣降水通過地表入滲、巖溶管道等途徑進(jìn)入地下含水層，為地下水提供了主要的水源補(bǔ)充。地下水在巖石的裂隙和溶洞中，沿著由南向北的方向徑流，水力坡度較緩，總體流向受地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造的綜合控制。在北端良田村一帶，地下水以泉的形式排出地表，泉水流量最大可達(dá)2.6L/s，部分地下水也可能通過側(cè)向徑流的方式排泄到周邊區(qū)域的河流或含水層中。在礦山開采對(duì)水文地質(zhì)環(huán)境的影響方面，相關(guān)研究表明，礦山開采活動(dòng)已引發(fā)了一系列的環(huán)境地質(zhì)問題。例如，大規(guī)模的開采導(dǎo)致地下水位下降，形成了區(qū)域性的地下水降落漏斗，影響范圍不斷擴(kuò)大。地下水位的下降不僅導(dǎo)致了礦區(qū)周邊部分泉水干涸，影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钣盟娃r(nóng)業(yè)灌溉，還引發(fā)了地面塌陷、地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，破壞了地表植被和生態(tài)環(huán)境。開采過程中產(chǎn)生的廢水排放也對(duì)地下水水質(zhì)造成了污染，廢水中含有大量的重金屬離子和有害物質(zhì)，如鉛、鋅、氟化物等，通過地表徑流和地下水的運(yùn)移，污染了周邊的地下水，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康構(gòu)成了潛在威脅。盡管前人在界牌嶺礦山水文地質(zhì)研究方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的研究在描述復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水流動(dòng)的影響時(shí)，還不夠精確和全面。雖然已經(jīng)識(shí)別出主要的斷層和褶皺，但對(duì)于一些小型的構(gòu)造破碎帶和節(jié)理裂隙的分布和導(dǎo)水性研究較少，而這些小型構(gòu)造在局部區(qū)域可能對(duì)地下水的流動(dòng)產(chǎn)生重要影響，導(dǎo)致數(shù)值模擬中對(duì)地下水流動(dòng)路徑和水量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性受到一定影響。另一方面，在研究礦山開采對(duì)地下水環(huán)境的動(dòng)態(tài)影響時(shí)，缺乏長(zhǎng)期、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)模擬分析。礦山開采是一個(gè)持續(xù)的過程，隨著開采深度和范圍的變化，地下水系統(tǒng)也在不斷演變，現(xiàn)有的研究難以實(shí)時(shí)反映這種動(dòng)態(tài)變化，無法為礦山的可持續(xù)開采提供及時(shí)有效的決策支持。在地下水污染模擬方面，對(duì)污染物在復(fù)雜地質(zhì)介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究還不夠深入，考慮的影響因素相對(duì)單一，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)污染物的擴(kuò)散范圍和濃度變化，不利于制定科學(xué)合理的地下水污染防治措施。三、礦山水文地質(zhì)條件分析3.1地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造界牌嶺礦山出露地層主要為石炭系下統(tǒng)石磴子組、測(cè)水組、梓門橋組、中上統(tǒng)壺天群和白堊系地層。石磴子組巖性主要為白云巖、灰?guī)r，厚度達(dá)430m，是直接賦礦層位，同時(shí)也是重要的含水層。該組地層地表巖溶發(fā)育，溶溝、溶槽、漏斗等巖溶形態(tài)隨處可見；地下巖溶同樣較為發(fā)育，鉆孔見溶洞率為63.41%，巖溶率為0.48%。巖溶主要發(fā)育在F4上盤和傾伏背斜軸部，發(fā)育標(biāo)高一般在200-100m左右，局部受構(gòu)造影響，最深可達(dá)-205.55m。其富水性主要受構(gòu)造控制，在斷層破碎帶、接觸帶和風(fēng)化帶等地段，巖溶裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，且自上向下富水性逐漸減弱，總體上屬中等富水，泉水流量為0.1-1.0L/s，鉆孔單位涌水量為0.542L/s.m。測(cè)水組巖性以石英砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖為主，厚度120m，為相對(duì)隔水層。該組巖層淺部風(fēng)化破碎，風(fēng)化深度約40m，含風(fēng)化裂隙水，但泉水出露少，流量很小，一般在0.1-0.5L/s。由于風(fēng)化裂隙被粘土充填較好，使得該組地層具有較好的隔水性能，有效阻隔了上下含水層之間的水力聯(lián)系，對(duì)地下水的垂向運(yùn)動(dòng)起到了一定的阻礙作用。壺天群和梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，是礦區(qū)內(nèi)地下水的主要儲(chǔ)存和運(yùn)移空間。壺天群巖性為白云巖，厚度420m；梓門橋組下部巖性為生物碎屑灰?guī)r、白云巖，厚度60m。這兩組地層的巖溶受SN向、EW向斷層和節(jié)理構(gòu)造的控制，地表巖溶形態(tài)多為溶溝、石芽，地下則以豎向發(fā)育的溶蝕裂隙和溶洞為主。泉水出露較多，最大流量可達(dá)5.55L/s，一般為0.1-1.0L/s。其富水性強(qiáng)的特點(diǎn)使得在礦山開采過程中，一旦揭露這些含水層，容易引發(fā)大量的涌水問題，給開采工作帶來極大的安全隱患。白堊系巖性主要為砂巖、頁巖，在礦區(qū)內(nèi)分布相對(duì)較少，其透水性和富水性相對(duì)較弱，對(duì)礦區(qū)地下水系統(tǒng)的影響較小。在地質(zhì)構(gòu)造方面，界牌嶺礦山位于官余復(fù)式向斜南端，東側(cè)為界牌嶺短軸傾伏背斜，礦體主要賦存于背斜核部100-200m標(biāo)高內(nèi)。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要有近SN向和NW向兩組斷層。近SN向斷層主要有F1、F3、F4、F5等，走向一般為15°，其中F1、F3、F4為走向正斷層，產(chǎn)狀為110°∠50-80°；F5產(chǎn)狀為280-290°∠60°。F4規(guī)模最大，長(zhǎng)度約3-4km，破碎帶寬50-70m，位于背斜軸部。該斷層兩側(cè)裂隙發(fā)育，巖溶較發(fā)育，導(dǎo)水性能強(qiáng)，單位吸水量為1.806-3.310L/s.m。例如，在PD375坑道揭露時(shí)，發(fā)現(xiàn)有較多的流水點(diǎn)，流量約為1.4L/s。F1、F3、F5斷層結(jié)構(gòu)面緊密，膠結(jié)充填良好，導(dǎo)水性差。F1經(jīng)注水試驗(yàn)，單位吸水量為0.1534-0.20L/s.m；F3經(jīng)注水試驗(yàn)，單位吸水量為0.0388L/s.m。NW向斷層主要有F201、F202、F401、F402等，產(chǎn)狀為35-50°∠40-70°，均為張扭性橫斷層。該組斷層常表現(xiàn)為錯(cuò)斷SN向斷層，一般規(guī)模較小，但破碎帶較發(fā)育，且有較好的導(dǎo)水性能，可形成地下水滲流通道。這些斷層相互交錯(cuò)，構(gòu)成了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，極大地改變了地下水的原始流動(dòng)路徑，使得地下水在不同含水層之間的水力聯(lián)系變得更為復(fù)雜。褶皺構(gòu)造也對(duì)礦山地下水產(chǎn)生重要影響。界牌嶺短軸傾伏背斜使得地層發(fā)生彎曲變形，改變了含水層的空間分布和水力坡度。在背斜頂部，巖層張應(yīng)力作用明顯，裂隙發(fā)育，有利于地下水的賦存和運(yùn)移；而在向斜部位，巖層受擠壓作用，相對(duì)較為致密，地下水的運(yùn)移受到一定阻礙。同時(shí)，褶皺構(gòu)造還影響了地下水的補(bǔ)給和排泄條件，使得地下水在不同區(qū)域的水位和水量分布存在差異。3.2含水層與隔水層特征界牌嶺礦山主要含水層包括石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層厚度達(dá)430m，是直接賦礦層位，地表巖溶發(fā)育，溶溝、溶槽、漏斗等巖溶形態(tài)廣泛分布，地下巖溶同樣較為發(fā)育，鉆孔見溶洞率為63.41%，巖溶率為0.48%。其富水性主要受構(gòu)造控制，在斷層破碎帶、接觸帶和風(fēng)化帶等地段，巖溶裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，且自上向下富水性逐漸減弱，總體上屬中等富水，泉水流量為0.1-1.0L/s，鉆孔單位涌水量為0.542L/s.m。該含水層在礦區(qū)內(nèi)下伏于測(cè)水組之下，在官余向斜兩翼及SN兩端均有出露。壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層呈NNE向分布于官余向斜核部。巖溶發(fā)育受SN向、EW向斷層和節(jié)理構(gòu)造的控制，地表巖溶形態(tài)多為溶溝、石芽，地下以豎向發(fā)育的溶蝕裂隙和溶洞為主。該含水層富水性強(qiáng)，泉水出露較多，最大流量可達(dá)5.55L/s，一般為0.1-1.0L/s。壺天群巖性為白云巖，厚度420m；梓門橋組下部巖性為生物碎屑灰?guī)r、白云巖，厚度60m。測(cè)水組砂頁巖隔水層則在礦區(qū)內(nèi)出露較廣，巖層厚度為60-100m。該巖層淺部風(fēng)化破碎，風(fēng)化深度約40m，含風(fēng)化裂隙水，但泉水出露少，流量很小，一般在0.1-0.5L/s。由于風(fēng)化裂隙被粘土充填較好，使得該組地層具有良好的隔水性能，成為阻隔上下含水層之間水力聯(lián)系的重要屏障。在礦山開采過程中，該隔水層有效地限制了地下水的垂向運(yùn)動(dòng)，減少了不同含水層之間的水力干擾。3.3地下水補(bǔ)徑排條件界牌嶺礦山的地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水，部分來自地表水。礦區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，雨量充沛，年平均降雨量達(dá)1578.0mm，降雨主要集中在4-9月，占全年降雨量的64.7%。大氣降水通過地表入滲、巖溶管道等途徑進(jìn)入地下含水層，為地下水提供了主要的水源補(bǔ)充。當(dāng)降雨發(fā)生時(shí)，雨水首先在地表形成徑流，一部分徑流直接流入地表溪流，另一部分則通過巖石的孔隙、裂隙以及巖溶管道等滲入地下，補(bǔ)充到含水層中。在巖溶發(fā)育地區(qū)，巖溶管道成為大氣降水快速入滲的重要通道，使得地下水能夠迅速得到補(bǔ)給。地表水也是地下水的重要補(bǔ)給來源之一。礦區(qū)東西兩側(cè)各有一條小溪，自南向北流，在礦區(qū)北部匯合為良田溪，最終注入策江，流入東江湖。這些地表溪流與地下水之間存在密切的水力聯(lián)系。在豐水期，地表溪流的水位高于地下水位，地表水通過河床底部的滲透以及周邊巖石的裂隙，對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給。相關(guān)研究表明，在豐水期，通過地表溪流補(bǔ)給的地下水量可占地下水總補(bǔ)給量的20%-30%。地下水的徑流路徑受地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造的綜合控制?？傮w上，地下水沿著由南向北的方向徑流，水力坡度較緩。在地形較高的南部地區(qū)，地下水接受補(bǔ)給后，在重力作用下，通過巖石的裂隙和溶洞，向地勢(shì)較低的北部流動(dòng)。地層巖性對(duì)地下水的徑流有顯著影響，石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層等富水性較強(qiáng)的地層，為地下水的徑流提供了良好的通道，使得地下水能夠快速流動(dòng)。而測(cè)水組砂頁巖隔水層則對(duì)地下水的徑流起到了阻隔作用，限制了地下水的垂向運(yùn)動(dòng)，使得地下水主要在含水層中進(jìn)行水平徑流。地質(zhì)構(gòu)造同樣對(duì)地下水徑流產(chǎn)生重要影響。礦區(qū)內(nèi)的斷層和節(jié)理系統(tǒng)為地下水的流動(dòng)提供了額外的通道，改變了地下水的原始徑流方向。例如，近SN向的F4斷層規(guī)模較大，破碎帶寬50-70m，斷層兩側(cè)裂隙發(fā)育，巖溶較發(fā)育，導(dǎo)水性強(qiáng)，成為地下水的強(qiáng)徑流帶。地下水在徑流過程中，還會(huì)受到含水層的非均質(zhì)性影響，導(dǎo)致徑流速度和方向在局部區(qū)域發(fā)生變化。界牌嶺礦山地下水的排泄方式主要有泉排泄和側(cè)向徑流排泄。在北端良田村一帶，地下水以泉的形式排出地表，泉水流量最大可達(dá)2.6L/s。這些泉水的出露是地下水排泄的重要標(biāo)志，反映了地下水與地表水之間的水力聯(lián)系。部分地下水也可能通過側(cè)向徑流的方式排泄到周邊區(qū)域的河流或含水層中。當(dāng)?shù)V區(qū)周邊存在其他含水層或河流時(shí)，在水力梯度的作用下，地下水會(huì)向這些區(qū)域流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)側(cè)向排泄。礦山開采活動(dòng)對(duì)地下水補(bǔ)徑排條件產(chǎn)生了顯著影響。隨著開采深度和范圍的增加，大量地下水被抽出，改變了地下水位的分布，破壞了原有的水力平衡。開采過程中形成的采空區(qū)和巷道，增加了地下水的徑流通道，使得地下水的徑流速度加快，徑流方向也發(fā)生改變。礦山開采還導(dǎo)致地表塌陷和裂縫的出現(xiàn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了大氣降水和地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給，同時(shí)也改變了地下水的排泄條件，部分泉水干涸，側(cè)向排泄量增加。3.4礦山開采對(duì)水文地質(zhì)條件的影響礦山開采活動(dòng)對(duì)界牌嶺礦山水文地質(zhì)條件產(chǎn)生了多方面的顯著影響，這些影響不僅制約著礦山的可持續(xù)發(fā)展，還對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境和居民生活造成了不利后果。3.4.1含水層破壞隨著礦山開采深度和范圍的不斷擴(kuò)大，尤其是地下開采方式的廣泛應(yīng)用，礦體的采出導(dǎo)致了采空區(qū)的形成。采空區(qū)的出現(xiàn)打破了原有的地層平衡，引發(fā)了上覆巖層的變形和垮落。這種地層結(jié)構(gòu)的改變直接破壞了含水層的完整性，使得含水層的儲(chǔ)水和導(dǎo)水能力發(fā)生變化。在界牌嶺礦山，石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層和壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層作為主要含水層，受到開采活動(dòng)的影響較為明顯。采空區(qū)的頂板垮落使得含水層中的巖溶裂隙和溶洞被堵塞或變形，部分區(qū)域的含水層被切斷，導(dǎo)致地下水的流動(dòng)路徑發(fā)生改變，水力聯(lián)系也變得更加復(fù)雜。研究表明，在開采較為集中的區(qū)域，含水層的滲透系數(shù)相比開采前下降了30%-50%，這使得地下水在這些區(qū)域的流動(dòng)速度減緩，儲(chǔ)水空間減小，進(jìn)而影響了整個(gè)地下水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。3.4.2水位下降大規(guī)模的礦山開采需要不斷地進(jìn)行排水作業(yè)，以保證井下作業(yè)的安全。長(zhǎng)期大量的排水導(dǎo)致了地下水位的持續(xù)下降。在界牌嶺礦山，自開采活動(dòng)開展以來，地下水位已累計(jì)下降了20-50m，形成了以礦區(qū)為中心的地下水降落漏斗。地下水降落漏斗的范圍不斷擴(kuò)大，目前已影響到周邊半徑5km范圍內(nèi)的地下水水位。水位下降對(duì)周邊的泉水、溪流等產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。據(jù)調(diào)查，礦區(qū)周邊原本有多處常年涌水的泉水，近年來已有超過70%的泉水出現(xiàn)了干涸或流量大幅減少的情況。這些泉水是當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟娃r(nóng)業(yè)灌溉的重要水源，泉水的干涸使得居民生活用水困難，農(nóng)業(yè)灌溉受到限制，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活。水位下降還導(dǎo)致了部分地表溪流的斷流，破壞了地表水與地下水之間的自然水力平衡，進(jìn)一步影響了周邊的生態(tài)環(huán)境。3.4.3水質(zhì)污染礦山開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水主要來源于礦坑排水、選礦廢水和尾礦庫淋濾液等。在界牌嶺礦山，廢水未經(jīng)有效處理直接排放的情況較為嚴(yán)重。據(jù)監(jiān)測(cè)，礦坑排水和選礦廢水中含有大量的重金屬離子，如鉛、鋅、鎘、汞等，以及有害物質(zhì)，如氟化物、硫化物等。這些廢水通過地表徑流和地下水的運(yùn)移，對(duì)周邊的地下水水質(zhì)造成了嚴(yán)重污染。在礦區(qū)周邊的地下水中，重金屬離子的含量遠(yuǎn)超國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中鉛含量超標(biāo)5-10倍，鋅含量超標(biāo)3-8倍。污染的地下水不僅無法作為生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水，還會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體健康造成潛在威脅。長(zhǎng)期飲用被污染的地下水，可能導(dǎo)致人體出現(xiàn)重金屬中毒等疾病，影響人體的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等。礦山開采過程中產(chǎn)生的廢渣隨意堆放，在雨水的淋濾作用下，其中的有害物質(zhì)也會(huì)滲入地下，進(jìn)一步加重地下水的污染程度。四、地下水?dāng)?shù)值模擬原理與方法4.1數(shù)值模擬基本原理地下水?dāng)?shù)值模擬是一種通過數(shù)學(xué)模型來描述地下水系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律的方法，它能夠?qū)?fù)雜的地下水系統(tǒng)簡(jiǎn)化為數(shù)學(xué)方程，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行求解，從而預(yù)測(cè)地下水的水位、流量、水質(zhì)等變化情況。在地下水?dāng)?shù)值模擬中，有限差分法和有限元法是兩種最為常用的基本方法，它們各自具有獨(dú)特的原理和適用條件。有限差分法（FiniteDifferenceMethod，F(xiàn)DM）是一種將連續(xù)問題離散化的數(shù)值方法，其基本思想是將連續(xù)域上的偏微分方程在空間和時(shí)間上離散化。以二維穩(wěn)定流地下水流方程為例，其一般形式為：\frac{\partial}{\partialx}\left(K_x\frac{\partialh}{\partialx}\right)+\frac{\partial}{\partialy}\left(K_y\frac{\partialh}{\partialy}\right)+W=0其中，K_x和K_y分別是x和y方向的滲透系數(shù)，h為水頭，W為源匯項(xiàng)。在有限差分法中，首先將連續(xù)的求解區(qū)域劃分為有限個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，形成網(wǎng)格系統(tǒng)，如常見的矩形網(wǎng)格。對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，通過泰勒展開式來近似表示偏導(dǎo)數(shù)。例如，對(duì)于一階導(dǎo)數(shù)\frac{\partialh}{\partialx}，可以采用向前差分、向后差分或中心差分來近似。向前差分公式為\frac{\partialh}{\partialx}\approx\frac{h_{i+1,j}-h_{i,j}}{\Deltax}，其中h_{i,j}表示第i行第j列網(wǎng)格點(diǎn)的水頭，\Deltax為x方向的網(wǎng)格間距；向后差分公式為\frac{\partialh}{\partialx}\approx\frac{h_{i,j}-h_{i-1,j}}{\Deltax}；中心差分公式為\frac{\partialh}{\partialx}\approx\frac{h_{i+1,j}-h_{i-1,j}}{2\Deltax}。對(duì)于二階導(dǎo)數(shù)\frac{\partial^2h}{\partialx^2}，中心差分近似公式為\frac{\partial^2h}{\partialx^2}\approx\frac{h_{i+1,j}-2h_{i,j}+h_{i-1,j}}{\Deltax^2}。將這些差分近似公式代入地下水流方程中，就可以將偏微分方程轉(zhuǎn)化為一組線性代數(shù)方程組。例如，對(duì)于上述二維穩(wěn)定流地下水流方程，采用中心差分近似后，在網(wǎng)格點(diǎn)(i,j)處的差分方程可表示為：K_{x,i+\frac{1}{2},j}\frac{h_{i+1,j}-h_{i,j}}{\Deltax^2}-K_{x,i-\frac{1}{2},j}\frac{h_{i,j}-h_{i-1,j}}{\Deltax^2}+K_{y,i,j+\frac{1}{2}}\frac{h_{i,j+1}-h_{i,j}}{\Deltay^2}-K_{y,i,j-\frac{1}{2}}\frac{h_{i,j}-h_{i,j-1}}{\Deltay^2}+W_{i,j}=0通過求解這組代數(shù)方程組，就可以得到各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的水頭近似值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水流場(chǎng)的模擬。有限差分法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單易行，概念直觀，計(jì)算效率較高，對(duì)于規(guī)則形狀的計(jì)算區(qū)域和簡(jiǎn)單的邊界條件，能夠快速得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。它適用于處理一些線性問題和簡(jiǎn)單的地質(zhì)條件，如均質(zhì)含水層中的地下水流動(dòng)問題。在一些小型礦山或地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)域，有限差分法能夠有效地模擬地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為礦山開采和水資源管理提供重要的參考依據(jù)。然而，有限差分法也存在一些局限性。網(wǎng)格劃分對(duì)解的精度和穩(wěn)定性有較大影響，如果網(wǎng)格劃分不合理，可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的誤差較大。在處理復(fù)雜邊界條件時(shí)，有限差分法往往需要進(jìn)行特殊的處理，這增加了計(jì)算的復(fù)雜性和難度。對(duì)于具有復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造和非均質(zhì)含水層的礦山，有限差分法可能難以準(zhǔn)確地描述地下水的流動(dòng)特征，因?yàn)樗鼘?duì)復(fù)雜幾何形狀的適應(yīng)性較差。有限元法（FiniteElementMethod，F(xiàn)EM）是另一種廣泛應(yīng)用的數(shù)值模擬方法，它基于變分原理和加權(quán)余量法，將求解域劃分成有限個(gè)相互連接的單元，每個(gè)單元內(nèi)的未知函數(shù)采用簡(jiǎn)單的函數(shù)近似表示。其基本步驟如下：建立數(shù)學(xué)模型：根據(jù)實(shí)際問題，建立描述地下水運(yùn)動(dòng)的偏微分方程和相應(yīng)的定解條件，如初始條件和邊界條件。對(duì)于非穩(wěn)定流地下水流方程，一般形式為：\frac{\partial}{\partialx}\left(K_x\frac{\partialh}{\partialx}\right)+\frac{\partial}{\partialy}\left(K_y\frac{\partialh}{\partialy}\right)+\frac{\partial}{\partialz}\left(K_z\frac{\partialh}{\partialz}\right)+W=S_s\frac{\partialh}{\partialt}其中，K_x、K_y、K_z分別是x、y、z方向的滲透系數(shù)，h為水頭，W為源匯項(xiàng)，S_s為貯水率，t為時(shí)間。離散化：將整個(gè)求解區(qū)域分割成有限個(gè)小的單元，這些單元可以是三角形、四邊形、四面體等形狀，單元之間通過節(jié)點(diǎn)相互連接。單元的劃分應(yīng)根據(jù)問題的復(fù)雜程度和精度要求進(jìn)行合理選擇，一般來說，在地質(zhì)條件變化較大的區(qū)域，單元?jiǎng)澐謶?yīng)更細(xì)密，以提高模擬精度。決定形狀函數(shù)：在每個(gè)單元內(nèi)部，選擇一些重要的節(jié)點(diǎn)來表示物理量（如水頭）的近似值，并確定單元內(nèi)部物理量隨空間位置的變化規(guī)律。通常采用多項(xiàng)式函數(shù)作為形狀函數(shù)，如線性插值函數(shù)、二次插值函數(shù)等。以三角形單元為例，常用的線性形狀函數(shù)可以表示為：N_i=\frac{1}{2A}(a_i+b_ix+c_iy)其中，A為三角形單元的面積，a_i、b_i、c_i是與三角形頂點(diǎn)坐標(biāo)有關(guān)的常數(shù)，i=1,2,3。形成矩陣方程：利用變分原理或加權(quán)余量法，將所有單元的方程相互疊加，形成整個(gè)系統(tǒng)的矩陣方程組。對(duì)于上述非穩(wěn)定流地下水流方程，通過有限元方法離散后，得到的矩陣方程一般形式為：[K]\{h\}+[C]\frac{\partial\{h\}}{\partialt}=\{Q\}其中，[K]為剛度矩陣，它反映了單元之間的水力聯(lián)系；[C]為容量矩陣，與貯水率等參數(shù)有關(guān)；\{h\}為節(jié)點(diǎn)水頭向量；\{Q\}為節(jié)點(diǎn)流量向量。求解代數(shù)方程組：通過數(shù)值方法求解上述矩陣方程組，得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的水頭值，進(jìn)而得到整個(gè)求解區(qū)域的地下水流場(chǎng)。有限元法的優(yōu)點(diǎn)是能夠適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件和不規(guī)則的計(jì)算區(qū)域，對(duì)邊界條件的處理較為靈活，計(jì)算精度較高。它可以準(zhǔn)確地模擬具有復(fù)雜斷層、裂隙系統(tǒng)和非均質(zhì)含水層的礦山地下水流動(dòng)情況。在處理復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的界牌嶺礦山時(shí)，有限元法能夠更好地刻畫地下水在不同介質(zhì)中的流動(dòng)特征，為礦山地下水防治提供更可靠的依據(jù)。然而，有限元法也存在一些缺點(diǎn)，其計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜，需要較多的計(jì)算資源和時(shí)間，尤其是在處理大規(guī)模問題時(shí)，計(jì)算量會(huì)顯著增加。有限元法的編程實(shí)現(xiàn)難度較大，對(duì)使用者的數(shù)學(xué)和編程基礎(chǔ)要求較高。4.2常用數(shù)值模擬軟件在礦山地下水?dāng)?shù)值模擬領(lǐng)域，存在多種功能各異的數(shù)值模擬軟件，它們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著重要作用。其中，GMS（TheDepartmentofDefenseGroundwaterModlingSystem）和MODFLOW（ModularThree-DimensionalFinite-differenceGroundwaterFlowModel）是兩款應(yīng)用較為廣泛的軟件，各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和功能。GMS是由美國(guó)楊百翰大學(xué)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)陸軍水路試驗(yàn)站合作開發(fā)的一款功能強(qiáng)大的三維可視化地下水模擬軟件包。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，集成了眾多先進(jìn)的模型，如MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER等主要模塊，以及MAP、GIS、TINs等輔助模塊，幾乎涵蓋了地下水研究的各個(gè)方面。GMS的功能十分全面，不僅能夠進(jìn)行常規(guī)的水流模擬、溶質(zhì)運(yùn)移模擬，還可以通過FEMWATER模塊模擬非飽和流和密度變化的水流溶質(zhì)運(yùn)移，這使得它在處理復(fù)雜的地下水問題時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)。在研究海水入侵等涉及密度變化的水流問題時(shí)，GMS能夠準(zhǔn)確地模擬溶質(zhì)在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化過程。GMS具有強(qiáng)大的前后處理能力和友好的界面，能夠接受GIS輸出的文件，充分發(fā)揮信息處理和分析功能。在模擬過程中，它大量使用節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、線段、多邊形等屬性對(duì)象，提供了多種地下水建模方式，模擬計(jì)算不僅有數(shù)值解，還包含解析解。GMS還具有PEST和UCODE兩個(gè)自動(dòng)調(diào)參計(jì)算模塊，方便進(jìn)行模型校正，其模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)也易于擴(kuò)展功能，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化效果明顯。MODFLOW是由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）開發(fā)的用于孔隙介質(zhì)中三維地下水流數(shù)值模擬的計(jì)算機(jī)程序，采用有限差分法求解地下水流方程。它具有模塊化結(jié)構(gòu)，這使得用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇不同的計(jì)算模塊，如流動(dòng)模擬模塊、溶質(zhì)運(yùn)移模塊、邊界條件模塊等。MODFLOW的應(yīng)用范圍廣泛，在科研、工程、環(huán)保和水資源管理等領(lǐng)域都有大量的應(yīng)用實(shí)例。在評(píng)估地下水補(bǔ)給和排泄、預(yù)測(cè)污染物擴(kuò)散、管理水資源分配、評(píng)估地下水抽取對(duì)地表水的影響等方面，MODFLOW都能夠發(fā)揮重要作用。MODFLOW有豐富的文檔資料，方便用戶學(xué)習(xí)和使用，其源代碼主要用FORTRAN編寫，部分模塊采用C++（如GMG），用戶可以查看和修改源代碼，增加了軟件的透明度和可定制性。對(duì)于界牌嶺礦山的地下水?dāng)?shù)值模擬研究，綜合考慮其地質(zhì)條件和研究需求，MODFLOW軟件更為適合。界牌嶺礦山地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，含水層分布不均，地下水流動(dòng)受多種因素影響。MODFLOW基于有限差分法的特點(diǎn)，對(duì)于處理這種復(fù)雜的地質(zhì)條件具有一定的優(yōu)勢(shì)。有限差分法在規(guī)則形狀的計(jì)算區(qū)域和簡(jiǎn)單邊界條件下具有較高的計(jì)算效率，而界牌嶺礦山雖然地質(zhì)條件復(fù)雜，但通過合理的網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定，可以將其近似為規(guī)則區(qū)域進(jìn)行處理。MODFLOW的模塊化結(jié)構(gòu)能夠方便地根據(jù)礦山的實(shí)際情況選擇合適的模塊進(jìn)行模擬，如針對(duì)礦山開采對(duì)地下水水位和流場(chǎng)的影響，可以選擇流動(dòng)模擬模塊進(jìn)行重點(diǎn)分析；對(duì)于礦山開采過程中可能產(chǎn)生的污染物遷移問題，可以利用溶質(zhì)運(yùn)移模塊進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。MODFLOW在國(guó)際上被廣泛應(yīng)用于各類礦山地下水模擬研究，具有大量的成功案例和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在處理與界牌嶺礦山類似的地質(zhì)條件和開采情況時(shí)，能夠提供可靠的參考和借鑒。相比之下，GMS雖然功能更為強(qiáng)大，但其復(fù)雜性也相對(duì)較高，對(duì)于界牌嶺礦山的研究需求來說，可能存在功能過剩的情況，且學(xué)習(xí)和使用成本較高。因此，選擇MODFLOW軟件作為界牌嶺礦山地下水?dāng)?shù)值模擬的工具，能夠在滿足研究需求的前提下，提高模擬的效率和準(zhǔn)確性，為礦山的合理開采和地下水防治提供科學(xué)依據(jù)。4.3模擬步驟與流程本研究以湖南界牌嶺礦山降水工程為依托，運(yùn)用MODFLOW軟件開展地下水?dāng)?shù)值模擬研究，具體模擬步驟與流程如下：建立概念模型：概念模型是對(duì)實(shí)際地下水系統(tǒng)的高度抽象和概括，是進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。通過深入分析界牌嶺礦山的地質(zhì)勘查報(bào)告、鉆孔資料、水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，全面了解礦山的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、含水層與隔水層分布、地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件等。在此基礎(chǔ)上，確定模擬區(qū)域的范圍，根據(jù)礦山的實(shí)際邊界和研究需求，將模擬區(qū)域確定為東西長(zhǎng)約5km，南北寬約4km的矩形區(qū)域，涵蓋了整個(gè)礦山及其周邊受影響的區(qū)域。確定模擬區(qū)域內(nèi)的含水層層數(shù)，結(jié)合礦山的地質(zhì)條件，將其劃分為三層含水層，分別為石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、測(cè)水組砂頁巖隔水層、壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。明確水流狀態(tài)為非穩(wěn)定流，介質(zhì)狀況為非均質(zhì)、各向異性，邊界條件包括定水頭邊界、隔水邊界和流量邊界等，初始條件則根據(jù)模擬起始時(shí)刻的地下水水位和水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。為獲取更準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行了一系列的室內(nèi)試驗(yàn)與野外試驗(yàn)。通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)，測(cè)定不同巖性巖石的滲透系數(shù)；利用野外抽水試驗(yàn)，確定含水層的導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)等參數(shù)。這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)為后續(xù)數(shù)學(xué)模型的建立和參數(shù)賦值提供了重要依據(jù)。選擇數(shù)學(xué)模型：根據(jù)概念模型的特點(diǎn)和研究目的，選擇合適的數(shù)學(xué)模型來描述地下水系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。MODFLOW軟件采用有限差分法求解地下水流方程，能夠較好地處理界牌嶺礦山復(fù)雜的地質(zhì)條件和邊界條件。其基本的地下水流方程為：\frac{\partial}{\partialx}\left(K_x\frac{\partialh}{\partialx}\right)+\frac{\partial}{\partialy}\left(K_y\frac{\partialh}{\partialy}\right)+\frac{\partial}{\partialz}\left(K_z\frac{\partialh}{\partialz}\right)+W=S_s\frac{\partialh}{\partialt}式中，K_x、K_y、K_z分別是x、y、z方向的滲透系數(shù)，h為水頭，W為源匯項(xiàng)，S_s為貯水率，t為時(shí)間。該方程基于達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律，能夠準(zhǔn)確地描述地下水在孔隙介質(zhì)中的非穩(wěn)定流動(dòng)過程。對(duì)于礦山開采過程中可能出現(xiàn)的溶質(zhì)運(yùn)移問題，選擇MT3DMS模塊進(jìn)行模擬。MT3DMS能夠模擬地下水中溶質(zhì)的對(duì)流、彌散和化學(xué)反應(yīng)等過程，其溶質(zhì)運(yùn)移方程為：\frac{\partialC}{\partialt}=\frac{\partial}{\partialx}\left(D_{x}\frac{\partialC}{\partialx}\right)+\frac{\partial}{\partialy}\left(D_{y}\frac{\partialC}{\partialy}\right)+\frac{\partial}{\partialz}\left(D_{z}\frac{\partialC}{\partialz}\right)-v_x\frac{\partialC}{\partialx}-v_y\frac{\partialC}{\partialy}-v_z\frac{\partialC}{\partialz}+R式中，C為溶質(zhì)濃度，D_x、D_y、D_z分別是x、y、z方向的彌散系數(shù)，v_x、v_y、v_z分別是x、y、z方向的流速，R為源匯項(xiàng)。數(shù)值化處理：將選定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值化處理，把連續(xù)的求解區(qū)域離散化為有限個(gè)網(wǎng)格單元，將偏微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，以便利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。在MODFLOW中，采用矩形網(wǎng)格對(duì)模擬區(qū)域進(jìn)行剖分，根據(jù)礦山地質(zhì)條件的復(fù)雜程度和計(jì)算精度要求，確定網(wǎng)格尺寸為50m×50m。對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格單元，根據(jù)其所在的位置和地質(zhì)條件，賦予相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)、給水度、貯水系數(shù)等。對(duì)于邊界條件，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。對(duì)于定水頭邊界，直接給定邊界上的水頭值；對(duì)于隔水邊界，設(shè)置流量為零；對(duì)于流量邊界，根據(jù)實(shí)際的補(bǔ)給或排泄量進(jìn)行賦值。在處理溶質(zhì)運(yùn)移問題時(shí)，同樣對(duì)彌散系數(shù)、流速等參數(shù)進(jìn)行合理的賦值和離散化處理。模型校正：將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，通過調(diào)整模型中的水文地質(zhì)參數(shù)，使模擬結(jié)果在給定的誤差范圍內(nèi)與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。在校正過程中，利用礦山現(xiàn)場(chǎng)的地下水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化。通過試錯(cuò)法，逐步調(diào)整滲透系數(shù)、給水度、貯水系數(shù)等參數(shù)，使得模擬的地下水水位和水質(zhì)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差在可接受范圍內(nèi)。采用目標(biāo)函數(shù)法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以模擬值與實(shí)測(cè)值之間的均方根誤差（RMSE）為目標(biāo)函數(shù)，通過不斷調(diào)整參數(shù)，使目標(biāo)函數(shù)值最小化，從而確定最優(yōu)的參數(shù)組合。例如，在校正過程中，將模擬的地下水水位與多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)水位進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算均方根誤差，通過調(diào)整滲透系數(shù)等參數(shù)，使均方根誤差從初始的較大值逐漸減小到可接受的范圍內(nèi)，如小于0.5m。校正靈敏度分析：分析校正后的模型受參數(shù)值的時(shí)空分布、邊界條件、水流狀態(tài)等不確定因素的影響程度。通過改變某個(gè)參數(shù)的值，觀察模擬結(jié)果的變化情況，從而確定該參數(shù)對(duì)模型的影響程度。在分析滲透系數(shù)對(duì)模型的影響時(shí)，將滲透系數(shù)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行變化，如增加或減少20%，然后觀察地下水水位和流場(chǎng)的變化情況。如果滲透系數(shù)的變化導(dǎo)致地下水水位和流場(chǎng)發(fā)生顯著變化，則說明該參數(shù)對(duì)模型的影響較大，需要在后續(xù)的模擬和分析中予以重點(diǎn)關(guān)注；反之，如果變化不明顯，則說明該參數(shù)的影響相對(duì)較小。模型驗(yàn)證：在模型校正的基礎(chǔ)上，利用另一組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步調(diào)整參數(shù)，使模擬結(jié)果與驗(yàn)證數(shù)據(jù)吻合，以提高模型的置信度。選取礦山不同時(shí)間段的地下水水位和水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，將模擬結(jié)果與驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。如果模擬結(jié)果與驗(yàn)證數(shù)據(jù)的誤差在可接受范圍內(nèi)，如地下水水位誤差小于0.3m，水質(zhì)參數(shù)誤差在10%以內(nèi)，則說明模型具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性，可以用于后續(xù)的預(yù)測(cè)和分析；如果誤差較大，則需要進(jìn)一步檢查模型和參數(shù)，進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。預(yù)測(cè)：利用校正和驗(yàn)證后的模型，輸入未來的開采方案、氣象條件等數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)礦山地下水水位、流場(chǎng)、水質(zhì)等的變化趨勢(shì)。在預(yù)測(cè)過程中，考慮不同的開采方案，如增加開采深度、擴(kuò)大開采范圍等，以及不同的氣象條件，如降水增加或減少等，分析這些因素對(duì)地下水系統(tǒng)的影響。預(yù)測(cè)在未來5年內(nèi)，隨著礦山開采深度的增加，地下水水位將繼續(xù)下降，下降幅度約為5-8m，礦井涌水量將增加20%-30%，同時(shí)，由于開采過程中廢水排放的影響，地下水中的重金屬離子濃度將進(jìn)一步升高，污染范圍將擴(kuò)大。預(yù)測(cè)靈敏度分析：定量分析預(yù)測(cè)結(jié)果受參數(shù)和未來水流狀態(tài)等不確定因素的影響。通過改變未來的開采強(qiáng)度、降水等參數(shù)，觀察預(yù)測(cè)結(jié)果的變化情況，為礦山的決策提供科學(xué)依據(jù)。在分析開采強(qiáng)度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響時(shí)，將開采強(qiáng)度分別提高10%、20%，觀察地下水水位下降幅度和礦井涌水量增加幅度的變化。根據(jù)分析結(jié)果，向礦山管理部門提供合理的開采建議，如控制開采強(qiáng)度，以減少對(duì)地下水系統(tǒng)的影響。給出模擬設(shè)計(jì)與結(jié)果：整理模擬過程中的數(shù)據(jù)和結(jié)果，以圖表、報(bào)告等形式呈現(xiàn)，為礦山的開采和地下水防治提供決策依據(jù)。繪制地下水水位等值線圖、流場(chǎng)圖、溶質(zhì)濃度分布圖等，直觀地展示地下水的變化情況。在報(bào)告中，詳細(xì)闡述模擬的過程、結(jié)果和分析結(jié)論，為礦山的開采方案制定、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、地下水污染防治等提供科學(xué)合理的建議。后續(xù)檢查：在模擬研究結(jié)束數(shù)年后，收集新的野外數(shù)據(jù)，對(duì)比預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況，評(píng)估模型的有效性。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況與預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大偏差，分析原因，對(duì)模型進(jìn)行修正和完善。例如，在模擬研究結(jié)束3年后，重新對(duì)礦山的地下水水位和水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)地下水水位下降幅度比預(yù)測(cè)值大，進(jìn)一步分析原因，可能是由于實(shí)際開采過程中出現(xiàn)了新的涌水點(diǎn)，或者是周邊地區(qū)的地下水補(bǔ)給情況發(fā)生了變化。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)模型進(jìn)行修正，提高模型的預(yù)測(cè)精度。五、界牌嶺礦山地下水?dāng)?shù)值模型構(gòu)建5.1概念模型建立構(gòu)建界牌嶺礦山地下水?dāng)?shù)值模型，首先要建立概念模型，它是對(duì)實(shí)際地下水系統(tǒng)的高度抽象與概括，也是后續(xù)數(shù)學(xué)模型建立和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。5.1.1模擬范圍確定基于對(duì)界牌嶺礦山地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的全面分析，綜合考慮研究目的與實(shí)際需求，將模擬范圍確定為東西長(zhǎng)約5km，南北寬約4km的矩形區(qū)域。此范圍涵蓋了整個(gè)礦山及其周邊受開采活動(dòng)影響的區(qū)域，能全面反映礦山開采對(duì)地下水系統(tǒng)的影響。礦山東部的馬口巖體雖為相對(duì)隔水邊界，但因其對(duì)周邊地下水流動(dòng)有一定阻隔作用，且與礦山開采活動(dòng)存在間接聯(lián)系，故也納入模擬范圍；礦山南部為大氣降水補(bǔ)給區(qū)，是地下水的重要補(bǔ)給來源，將其包含在模擬范圍內(nèi)，可更準(zhǔn)確模擬地下水的補(bǔ)給過程。5.1.2邊界條件設(shè)定定水頭邊界：在模擬區(qū)域北部，存在與地下水水力聯(lián)系密切的良田溪，且溪流常年水位穩(wěn)定。根據(jù)長(zhǎng)期水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定該邊界處的水頭值為180m。將其設(shè)為定水頭邊界，可有效模擬地下水與地表水之間的水力交換，確保模擬結(jié)果更符合實(shí)際情況。隔水邊界：礦山東部的馬口巖體，巖性為花崗斑巖，透水性極差，可視為隔水邊界。在數(shù)值模型中，設(shè)置該邊界的流量為零，以準(zhǔn)確反映其對(duì)地下水流動(dòng)的阻隔作用。流量邊界：模擬區(qū)域南部為大氣降水補(bǔ)給區(qū)，根據(jù)多年氣象資料統(tǒng)計(jì)，該區(qū)域年平均降水量為1578.0mm?？紤]到降水入滲系數(shù)的影響，通過相關(guān)公式計(jì)算得出該邊界的補(bǔ)給流量為0.005m3/s。將其設(shè)為流量邊界，可合理模擬大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給過程。5.1.3含水層與隔水層劃分結(jié)合界牌嶺礦山的地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造特征，將模擬區(qū)域內(nèi)的地層劃分為三層：上層為石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，厚度達(dá)430m，是直接賦礦層位，巖溶裂隙發(fā)育，富水性中等；中層為測(cè)水組砂頁巖隔水層，厚度120m，雖淺部含風(fēng)化裂隙水，但因風(fēng)化裂隙被粘土充填較好，隔水性能良好；下層為壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層，厚度約480m，巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，是地下水的主要儲(chǔ)存和運(yùn)移空間。5.1.4水流狀態(tài)與介質(zhì)特性確定礦山開采活動(dòng)導(dǎo)致地下水水位隨時(shí)間不斷變化，因此水流狀態(tài)確定為非穩(wěn)定流。礦山地層巖性復(fù)雜，不同巖層的滲透系數(shù)、孔隙度等參數(shù)差異較大，故介質(zhì)特性為非均質(zhì)、各向異性。石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層在斷層破碎帶附近滲透系數(shù)較大，可達(dá)5m/d，而遠(yuǎn)離斷層區(qū)域滲透系數(shù)較小，約為1m/d；壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層在巖溶發(fā)育區(qū)域滲透系數(shù)可達(dá)10m/d，在巖溶不發(fā)育區(qū)域滲透系數(shù)為3m/d。5.2數(shù)學(xué)模型選擇與參數(shù)確定5.2.1數(shù)學(xué)模型選擇根據(jù)界牌嶺礦山地下水系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用MODFLOW軟件中的MODFLOW-2005模塊來模擬地下水流運(yùn)動(dòng)。MODFLOW-2005基于有限差分法，將連續(xù)的地下水流方程在空間和時(shí)間上離散化，轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組進(jìn)行求解。其基本的地下水流方程為：\frac{\partial}{\partialx}\left(K_x\frac{\partialh}{\partialx}\right)+\frac{\partial}{\partialy}\left(K_y\frac{\partialh}{\partialy}\right)+\frac{\partial}{\partialz}\left(K_z\frac{\partialh}{\partialz}\right)+W=S_s\frac{\partialh}{\partialt}式中，K_x、K_y、K_z分別是x、y、z方向的滲透系數(shù)，h為水頭，W為源匯項(xiàng)，S_s為貯水率，t為時(shí)間。該方程充分考慮了地下水在三維空間中的流動(dòng)特性，以及含水層的非均質(zhì)、各向異性特征，能夠準(zhǔn)確描述界牌嶺礦山復(fù)雜的地下水流動(dòng)過程。對(duì)于礦山開采過程中可能產(chǎn)生的溶質(zhì)運(yùn)移問題，選用MT3DMS模塊進(jìn)行模擬。MT3DMS可模擬地下水中溶質(zhì)的對(duì)流、彌散和化學(xué)反應(yīng)等過程，其溶質(zhì)運(yùn)移方程為：\frac{\partialC}{\partialt}=\frac{\partial}{\partialx}\left(D_{x}\frac{\partialC}{\partialx}\right)+\frac{\partial}{\partialy}\left(D_{y}\frac{\partialC}{\partialy}\right)+\frac{\partial}{\partialz}\left(D_{z}\frac{\partialC}{\partialz}\right)-v_x\frac{\partialC}{\partialx}-v_y\frac{\partialC}{\partialy}-v_z\frac{\partialC}{\partialz}+R式中，C為溶質(zhì)濃度，D_x、D_y、D_z分別是x、y、z方向的彌散系數(shù)，v_x、v_y、v_z分別是x、y、z方向的流速，R為源匯項(xiàng)。該方程能夠全面考慮溶質(zhì)在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化過程，為分析礦山開采對(duì)地下水水質(zhì)的影響提供了有力的工具。5.2.2參數(shù)確定模型參數(shù)的準(zhǔn)確確定是保證數(shù)值模擬結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。本研究通過室內(nèi)試驗(yàn)與野外試驗(yàn)相結(jié)合的方法，獲取了較為準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)。滲透系數(shù)是反映含水層透水能力的重要參數(shù)，對(duì)其確定采用了多種方法。通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)，測(cè)定不同巖性巖石的滲透系數(shù)。對(duì)于石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，選取多個(gè)巖樣進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)達(dá)西定律，利用公式K=\frac{QL}{A\Deltah}（其中Q為流量，L為滲透路徑長(zhǎng)度，A為過水?dāng)嗝婷娣e，\Deltah為水頭差）計(jì)算得到滲透系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明其滲透系數(shù)在0.5-5m/d之間。野外抽水試驗(yàn)也是確定滲透系數(shù)的重要手段，通過在不同含水層中布置抽水井和觀測(cè)井，記錄抽水過程中水位和流量的變化，利用泰斯公式等方法計(jì)算滲透系數(shù)。在壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層進(jìn)行抽水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到該含水層的滲透系數(shù)在2-10m/d之間。結(jié)合已有研究成果和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同區(qū)域的滲透系數(shù)進(jìn)行了合理取值，以反映含水層的非均質(zhì)性和各向異性。孔隙度是描述巖石孔隙空間大小的參數(shù)，其測(cè)定采用室內(nèi)試驗(yàn)方法。選取具有代表性的巖樣，利用稱重法或水銀注入法等進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定其孔隙度在0.1-0.2之間。在確定孔隙度時(shí)，還考慮了巖石的巖溶發(fā)育程度和裂隙分布情況，對(duì)不同區(qū)域的孔隙度進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。給水度反映了潛水含水層在重力作用下能夠釋放出的水量，其確定采用野外試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法。在礦山周邊的潛水含水層區(qū)域進(jìn)行野外試驗(yàn)，通過觀測(cè)水位下降過程中抽出的水量，利用公式\mu=\frac{V}{A\Deltah}（其中\(zhòng)mu為給水度，V為抽出的水量，A為含水層面積，\Deltah為水位下降值）計(jì)算給水度。結(jié)合已有研究成果和類似礦山的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層的給水度在0.05-0.15之間。貯水系數(shù)是反映承壓含水層彈性釋水能力的參數(shù)，其確定主要依據(jù)野外抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過分析抽水試驗(yàn)過程中水位降深與抽水量之間的關(guān)系，利用相關(guān)公式計(jì)算貯水系數(shù)。在壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層進(jìn)行抽水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到該含水層的貯水系數(shù)在10^{-4}-10^{-3}之間。彌散系數(shù)是描述溶質(zhì)在地下水中擴(kuò)散程度的參數(shù)，對(duì)于溶質(zhì)運(yùn)移模擬至關(guān)重要。其確定采用野外彌散試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式相結(jié)合的方法。在礦山選取典型區(qū)域進(jìn)行野外彌散試驗(yàn)，通過向地下水中注入示蹤劑，觀測(cè)示蹤劑的擴(kuò)散情況，利用相關(guān)公式計(jì)算彌散系數(shù)。參考已有研究成果和經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)含水層的巖性、孔隙度和流速等參數(shù)，對(duì)彌散系數(shù)進(jìn)行了合理取值。對(duì)于石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，確定其縱向彌散系數(shù)在0.1-1m2/d之間，橫向彌散系數(shù)在0.01-0.1m2/d之間。5.3模型的離散化與求解利用MODFLOW軟件對(duì)模擬區(qū)域進(jìn)行離散化處理，將其劃分為規(guī)則的矩形網(wǎng)格。在劃分網(wǎng)格時(shí)，充分考慮界牌嶺礦山地質(zhì)條件的復(fù)雜程度以及計(jì)算精度的要求，經(jīng)過多次試驗(yàn)和對(duì)比分析，最終確定網(wǎng)格尺寸為50m×50m。這樣的網(wǎng)格尺寸既能較好地刻畫礦山地質(zhì)構(gòu)造和含水層的分布特征，又能在保證計(jì)算精度的前提下，有效控制計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間。在x方向上，從模擬區(qū)域的最西側(cè)到最東側(cè)，共劃分100個(gè)網(wǎng)格單元；在y方向上，從模擬區(qū)域的最南側(cè)到最北側(cè)，共劃分80個(gè)網(wǎng)格單元。整個(gè)模擬區(qū)域總共包含8000個(gè)網(wǎng)格單元。對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格單元，根據(jù)其所在的位置和地質(zhì)條件，賦予相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)、給水度、貯水系數(shù)等。在石磴子組灰?guī)r巖溶裂隙含水層所在的網(wǎng)格單元，根據(jù)前面確定的滲透系數(shù)范圍，結(jié)合該單元的具體位置和巖溶發(fā)育情況，賦予其相應(yīng)的滲透系數(shù)值。在進(jìn)行模型求解時(shí)，選用MODFLOW軟件中默認(rèn)的PCG（預(yù)條件共軛梯度法）求解器。PCG求解器是一種高效的迭代求解算法，它能夠在保證計(jì)算精度的前提下，快速收斂到方程的解。在求解過程中，設(shè)置收斂精度為0.001，即當(dāng)相鄰兩次迭代計(jì)算得到的水頭值之差小于0.001時(shí)，認(rèn)為計(jì)算收斂，停止迭代。為了確保求解過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，對(duì)模擬時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行了合理設(shè)置。根據(jù)礦山開采活動(dòng)的實(shí)際情況和地下水系統(tǒng)的響應(yīng)速度，將模擬時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為1天。這樣的時(shí)間步長(zhǎng)能夠較好地反映地下水系統(tǒng)在礦山開采過程中的動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間步長(zhǎng)過小而導(dǎo)致計(jì)算量過大。在模擬過程中，從初始時(shí)刻開始，按照設(shè)定的時(shí)間步長(zhǎng)逐步推進(jìn)計(jì)算，依次求解每個(gè)時(shí)間步下各個(gè)網(wǎng)格單元的水頭值，從而得到整個(gè)模擬區(qū)域在不同時(shí)刻的地下水流場(chǎng)分布情況。5.4模型的校正與驗(yàn)證模型構(gòu)建完成后，需對(duì)其進(jìn)行校正與驗(yàn)證，以確保模擬結(jié)果能準(zhǔn)確反映界牌嶺礦山地下水的實(shí)際情況。將2018年1月至2019年12月期間的地下水水位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)模型進(jìn)行校正。在模擬區(qū)域內(nèi)，選取10個(gè)具有代表性的地下水水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布在不同的含水層和地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，能夠全面反映模擬區(qū)域內(nèi)地下水水位的變化情況。將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)水位與模擬水位進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算兩者之間的誤差。在校正過程中，以各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位誤差為依據(jù)，對(duì)模型中的水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的模擬水位高于實(shí)測(cè)水位時(shí)，適當(dāng)減小該點(diǎn)所在區(qū)域含水層的滲透系數(shù)，以降低地下水的流動(dòng)速度，從而使模擬水位更接近實(shí)測(cè)水位；反之，當(dāng)模擬水位低于實(shí)測(cè)水位時(shí)，適當(dāng)增大滲透系數(shù)。同時(shí)，考慮到給水度和貯水系數(shù)等參數(shù)對(duì)水位變化也有一定影響，也對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)整和計(jì)算，使各監(jiān)測(cè)點(diǎn)模擬水位與實(shí)測(cè)水位的誤差逐漸減小。最終，在校正后的模型中，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)模擬水位與實(shí)測(cè)水位的平均絕對(duì)誤差控制在0.5m以內(nèi)，均方根誤差控制在0.7m以內(nèi)，滿足了模型校正的精度要求。為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性，選取2020年1月至2020年12月的地下水水位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)校正后的模型進(jìn)行驗(yàn)證。同樣選取與校正過程中相同的10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將模擬水位與實(shí)測(cè)水位進(jìn)行對(duì)比分析。驗(yàn)證結(jié)果表明，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)模擬水位與實(shí)測(cè)水位的平均絕對(duì)誤差為0.45m，均方根誤差為0.65m，誤差均在可接受范圍內(nèi)。通過對(duì)模擬水位與實(shí)測(cè)水位的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩者的變化趨勢(shì)基本一致，能夠較好地反映地下水水位的實(shí)際變化情況。在降水較多的月份，實(shí)測(cè)水位上升，模擬水位也相應(yīng)上升，且上升幅度相近；在礦山開采強(qiáng)度較大的時(shí)期，實(shí)測(cè)水位下降，模擬水位也能準(zhǔn)確地模擬出下降的趨勢(shì)和幅度。對(duì)地下水中主要污染物（如鉛、鋅等重金屬離子）的濃度進(jìn)行模擬與驗(yàn)證。將2018-2019年期間的污染物濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移模型進(jìn)行校正。在校正過程中，重點(diǎn)調(diào)整彌散系數(shù)、流速等參數(shù)，使模擬的污染物濃度與實(shí)測(cè)濃度相吻合。經(jīng)過多次調(diào)整，模擬的污染物濃度與實(shí)測(cè)濃度的平均相對(duì)誤差控制在15%以內(nèi)。利用2020年的污染物濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)校正后的溶質(zhì)運(yùn)移模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，模擬的污染物濃度與實(shí)測(cè)濃度的平均相對(duì)誤差為13%，在可接受范圍內(nèi)，說明溶質(zhì)運(yùn)移模型能夠較好地模擬污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化過程。通過模型的校正與驗(yàn)證，證明了所構(gòu)建的界牌嶺礦山地下水?dāng)?shù)值模型具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠?yàn)榈V山的開采和地下水防治提供科學(xué)依據(jù)。六、數(shù)值模擬結(jié)果分析與應(yīng)用6.1現(xiàn)狀模擬結(jié)果分析通過構(gòu)建的界牌嶺礦山地下水?dāng)?shù)值模型，對(duì)當(dāng)前礦山開采條件下的地下水水位和流場(chǎng)分布進(jìn)行模擬，得到了較為準(zhǔn)確的結(jié)果。分析模擬得到的地下水水位等值線圖（圖1），可以清晰地看到，在礦山開采區(qū)域，地下水位明顯低于周邊地區(qū)，形成了以礦區(qū)為中心的地下水降落漏斗。漏斗中心的水位最低，約為150m，而在模擬區(qū)域的邊緣，水位相對(duì)較高，北部定水頭邊界處的水位保持在180m。地下水位降落漏斗的范圍不斷擴(kuò)大，目前已影響到周邊半徑約3km的區(qū)域。與礦山開采前的地下水位相比，中心區(qū)域水位下降幅度達(dá)到了30-50m。這主要是由于礦山開采過程中大量抽取地下水，導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，破壞了原有的地下水動(dòng)力平衡。圖1：界牌嶺礦山現(xiàn)狀地下水水位等值線圖（插入圖1：界牌嶺礦山現(xiàn)狀地下水水位等值線圖，圖中清晰標(biāo)注水位數(shù)值和單位，以及礦山開采區(qū)域和模擬邊界等信息）從地下水水流速度矢量圖（圖2）可以看出，地下水的總體流向?yàn)橛赡舷虮?，這與礦山的地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造特征相吻合。在南部大氣降水補(bǔ)給區(qū)，地下水接受補(bǔ)給后，在重力作用下，沿著巖石的裂隙和溶洞向北流動(dòng)。在含水層滲透系數(shù)較大的區(qū)域，如壺天群與梓門橋組白云質(zhì)灰?guī)r巖溶裂隙含水層中的巖溶發(fā)育地段，地下水水流速度較快，最大流速可達(dá)0.05m/d；而在滲透系數(shù)較小的區(qū)域，如測(cè)水組砂頁巖隔水層附近，水流速度較慢，接近零。在斷層附近，由于斷層的導(dǎo)水作用，地下水的流向發(fā)生了明顯改變。例如，近SN向的F4斷層規(guī)